JP3560174B2 - 流体噴射ノズル及びそれを用いた燃料噴射弁 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、流体噴射ノズル及びそれを用いた燃料噴射弁に関するもので、例えば自動車用の内燃機関へ燃料を噴射して供給する電磁式燃料噴射弁の噴射ノズルおよびそれを使用した燃料噴射弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、内燃機関に用いられる燃料噴射弁は、弁本体の軸方向に形成される案内孔に弁部材を摺動可能に収納し、弁本体の先端部に開口する噴孔を弁部材の上下動により開閉する。このため、弁部材は、適正な燃料噴射量を確保するように開弁時のリフト量が精密に制御されている。
【０００３】
従来技術として、特開昭６１−１０４１５６号公報に開示される燃料噴射弁は、噴孔の前方に多数のスリット状オリフィスを備え、このスリット状オリフィスに噴孔からの燃料を通すことで、燃料を広角度に広がった微粒化された噴霧にしている。
また、特開平２−７５７５７号公報は、噴孔の前方側に複数のシリコンプレートを備えたものを開示している。シリコンプレートを用いることにより精密な燃料通路穴パターンを形成することで燃料流を制御している。
【０００４】
さらに、米国特許第４６４７０１３号公報は、噴孔の前方側に燃料流を制御するオリフィスを有するシリコン平板を備える燃料噴射弁を開示している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の特開昭６１−１０４１５６号公報に開示されるように、燃料噴霧の微粒化を促進するために従来から種々の噴孔形状が試みられている。ところが、従来技術に開示されるような噴孔形状では十分な微粒化が困難であった。
本発明者は、第１のスリットを有する第１のプレートと第２のスリットを有する第２のプレートと重ね合わせ、互いに交差する第１のスリットと第２のスリットにより形成される貫通孔から噴出される燃料噴霧形状について実験した結果、本発明を完成するに至った。
【０００６】
本発明の流体噴射ノズルに関連する公知ではない図１２〜図１５に示す比較例においては、後述する図３〜図７に示す本発明の実施例と対比すると判るように、第１のオリフィス１７１のスリット幅を本発明の実施例よりも狭くしている。このスリット幅の狭い第１のオリフィス１７１を通過した燃料は、図１４および図１５に示すように、第２のオリフィス１７５の一部を画成する短斜面１１２、１１３に十分に到達しない状態で第２のオリフィス１７５を通過する。この現象を別の観点から説明すると、燃料噴射時、燃料噴射弁１０の噴孔２６ｃの出口部を燃料が流れるが、このとき、第２のオリフィス１７５の両端側の短斜面１１２、１１３の近傍には空間部２００、２０１ができて、この空間部２００、２０１には燃料流が十分に満たされないまま、第２のオリフィス１７５の長さ方向と貫通孔方向を含む平面に沿って第２のオリフィス１７５の長さ方向中央部出口から十分に広い噴霧角θをもって燃料が噴射される。このような現象は実験において発明者の目視により確認されている。
【０００７】
本発明者は、第２のオリフィス１７５の両端側の短斜面１１２、１１３の近傍の空間部２００、２０１が生成されることが燃料噴射特性にどのような影響を与えるかについて種々考察した結果、更に実験を進める過程において、本発明を完成した。
すなわち、第１のオリフィス１７１の出口側開口面積Ｓ１をある程度大きい値にし、図７に示すように、第２のオリフィス１７５の短斜面１１２、１１３に燃料流の一部を到達させることで、この第２のオリフィス１７５の短斜面１１２、１１３の傾斜による燃料流の案内作用が働き、燃料噴射流の指向性を出すことができ、燃料噴霧角の規制が行われて良好な所望の狭い噴霧角が得られることを見出した。
【０００８】
本発明の目的は、流体を微粒化して噴霧することができる流体噴射ノズル及びそれを使用した燃料噴射弁を提供することにある。
本発明の別の目的は、流体の噴霧角を任意の噴霧角に制御可能な流体噴射ノズルを提供することにある。
本発明のまた別の目的は、燃料噴射弁の噴孔の出口部に取付が容易な調量機能を有する流体噴射ノズルを提供することにある。
【０００９】
本発明のさらに別の目的は、流体噴射ノズルを構成する複数部品を位置決めし組付するのが容易な流体噴射ノズルを使用した燃料噴射弁を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明による請求項１記載の流体噴射ノズルは、噴射弁本体の噴孔の出口部に固定される流体噴射ノズルであって、第１のスリットを有する第１のプレートと、第２のスリットを有する第２のプレートとを備え、
前記第１のスリットと前記第２のスリットとが交差してプレート厚さ方向に貫通孔を形成するように前記第１のプレートと前記第２のプレートとを重ね合わせ、
噴射弁１個につき複数の気筒に流体を噴射する場合、前記第１のスリットの下流側開口表面と前記第２のスリットの上流側開口表面とが交差する面積Ｓ１、前記第２のスリットの下流側開口表面の面積Ｓ２とすると、開口面積比Ｓ１／Ｓ２≧１に設定され、噴霧角θがθ≦７０°であることを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の流体噴射ノズルは、噴射弁本体の噴孔の出口部に固定される流体噴射ノズルであって、
第１のスリットを有する第１のプレートと、
第２のスリットを有する第２のプレートとを備え、
前記第１のスリットと前記第２のスリットとが交差してプレート厚さ方向に貫通孔を形成するように前記第１のプレートと前記第２のプレートとを重ね合わせ、
噴射弁１個につき単一の気筒に流体を噴射する場合、前記第１のスリットの下流側開口表面と前記第２のスリットの上流側開口表面とが交差する面積Ｓ１、前記第２のスリットの下流側開口表面の面積Ｓ２とすると、開口面積比Ｓ１／Ｓ２≧２に設定され、噴霧角θがθ≦２０°であることを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の流体噴射ノズルは、請求項１または２記載の流体噴射ノズルにおいて、前記第２のスリットは、入口から出口に向けて先細状に形成されることを特徴とする。
請求項４記載の流体噴射ノズルは、請求項３記載の流体噴射ノズルにおいて、前記第２のスリットは、互いに対向する一対の長斜面と互いに対向する一対の短斜面との４壁面により区画形成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の流体噴射ノズルは、請求項１または２記載の流体噴射ノズルにおいて、前記第１のスリットは、入口から出口に向けて先細状に形成されることを特徴とする。
請求項６記載の流体噴射ノズルは、請求項５記載の流体噴射ノズルにおいて、前記第１のスリットは、互いに対向する一対の長斜面と互いに対向する一対の短斜面の４壁面により区画形成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項７記載の流体噴射ノズルは、請求項１または２記載の流体噴射ノズルにおいて、前記第１のスリットは、入口から出口に向けて直状に形成されることを特徴とする。
請求項８記載の流体噴射ノズルは、請求項７記載の流体噴射ノズルにおいて、前記第１のスリットは、前記第１のプレートの入口側表面と出口側表面に垂直な一対の長壁面と一対の短壁面との４壁面により区画形成されていることを特徴とする。
【００１５】
【作用および発明の効果】
本発明によると、上流側の第１のスリットと下流側の第２のスリットとが一部分で連通し、上流側のスリットは連通部を除いて溝状を呈している。このため、流体は上流側のスリットに沿って連通部に向かって進行する流れを生じ、この流れは下流側のスリットに流入する際に流れの方向を変え、噴霧角が所望の噴霧角になるように扇状に噴出されるとともに噴射される流体の微粒化を促進する。
【００１６】
また、本発明によると、第１のスリットと第２のスリットを流体が通過する過程において、第１のスリットを出た流体の流れの一部が第２のスリットの両端の短斜面まで行き渡り、この第２のスリットの短斜面に沿って流れる流体の流れは、この第２のスリットの短斜面の傾斜角に対応する方向に規制される。このため、第１のスリットを出た流体の流れは第２のスリットの短斜面でその後の流れの噴霧角が狭められる方向に指向されるため、第２のスリットから噴出される流体の噴霧角の広がりが規制される。
【００１７】
さらに本発明によると、２枚のプレートにそれぞれスリットを設け、それぞれのスリットを交差させて、スリットの開口面積比Ｓ１／Ｓ２の値を適宜設定することにより、両スリットを通過する流体流れを所望の噴霧角に制御することができる。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
本発明をガソリン機関の燃料供給装置の燃料噴射弁に適用した一実施例を図１〜図８に示す。
【００１９】
図２に示すように、流体噴射ノズルとしての燃料噴射弁１０の樹脂製のハウジング１１の内部に、固定鉄心２１とスプール９１と電磁コイル３２とコイルモールド３１と磁路としての金属プレート９３、９４とが一体成形されている。
固定鉄心２１は強磁性材料からなり、コイルモールド３１の上方から突出するようにハウジング１１内に設けられている。固定鉄心２１の内壁には案内管２９が固定されている。
【００２０】
樹脂製のスプール９１の外周に電磁コイル３２が巻かれ、その後にスプール９１と電磁コイル３２との外周にコイルモールド３１が樹脂成形され、コイルモールド３１により電磁コイル３２が包囲されている。コイルモールド３１は、電磁コイル３２を保護する円筒状の筒状部３１ａと、電磁コイル３２から電気的に導出されるリード線を保護するとともに、後述するターミナル３４を保持するために筒状部３１ａから上方に突き出す突出部３１ｂとからなる。そして、コイルモールド３１により一体化された状態で固定鉄心２１の外周にスプール９１と電磁コイル３２とが装着される。
【００２１】
２枚の金属プレート９３と９４は上方の一端が固定鉄心２１の外周に接し、下方の他端が磁性パイプ２３の外周に接するように設けられ、電磁コイル３２への通電時の磁束を通す磁路を形成する部材であり、両側から筒状部３１ａを挟持するように筒状部３１ａの外周に被覆されている。この２枚の金属プレート９３と９４により電磁コイル３２が保護されている。
【００２２】
ハウジング１１の上方にはハウジング１１の外壁から突出するようにコネクタ部１１ａが設けられている。そして、電磁コイル３２に電気的に接続されるターミナル３４が、コネクタ部１１ａおよびコイルモールド３１に埋設される。また、ターミナル３４は図示しない電子制御装置にワイヤーハーネスを介して接続されている。
【００２３】
圧縮コイルスプリング２８の一端は、可動鉄心２２に溶接固定されるニードル２５の上端面に当接し、圧縮コイルスプリング２８の他端は、案内管２９の底部に当接している。圧縮コイルスプリング２８は、可動鉄心２２とニードル２５とを図２の下方へ付勢し、ニードル２５のシート部４２をニードルボディ２６の弁座２６ｂに着座させる。図示しない電子制御装置によってターミナル３４からリード線を介して電磁コイル３２に励磁電流が流れると、ニードル２５および可動鉄心２２が圧縮コイルスプリング２８の付勢力に抗して固定鉄心２１の方向へ吸引される。
【００２４】
非磁性パイプ２４は、固定鉄心２１の下部に接続され、大径部２４ａおよび小径部２４ｂからなる段付きパイプ状に形成されている。そして、固定鉄心２１の下部に、固定鉄心２１の下端から一部突出するように大径部２４ａが接続されている。さらに、非磁性パイプ２４の小径部２４ｂの下端には、磁性材料からなり段付きパイプ状に形成された磁性パイプ２３の小径部２３ｂが接続されている。なお、非磁性パイプ２４の小径部２４ｂの内径は磁性パイプ２３の小径部２３ｂの内径よりも僅かに小さく設定され、可動鉄心２２の案内部をなしている。
【００２５】
次に、非磁性パイプ２４および磁性パイプ２３の内部空間には、磁性材料からなり筒状に形成される可動鉄心２２が設けられている。この可動鉄心２２の外径は非磁性パイプ２４の小径部２４ｂの内径より僅かに小さく設定され、可動鉄心２２は非磁性パイプ２４に摺動可能に支持されている。また、可動鉄心２２の上端面は、固定鉄心２１の下端面と所定の隙間を介して対向するように設けられている。
【００２６】
ニードル２５の上部には鍔状の接合部４３が形成されている。そして、接合部４３と可動鉄心２２とがレーザ溶接され、ニードル２５と可動鉄心２２とが一体に連結される。さらに、この接合部４３の下方近傍にフランジ４４が形成されている。接合部４３の外周には燃料通路としての溝が複数形成されている。
固定鉄心２１の上方には、燃料タンクから燃料ポンプ等によって圧送され、燃料噴射弁１０内に流入する燃料中のゴミ等の異物を除去するフィルタ３３が設けられている。
【００２７】
固定鉄心２１内にフィルタ３３を通して流入した燃料は、案内管２９からニードル２５の接合部４３に形成されたローレット溝との隙間、さらには、ニードルボディ２６の円筒面２６ａとニードル２５のガイド部４１に形成されたローレット溝との隙間を通過し、ニードル２５先端のシート部４２と弁座２６ｂとよりなる弁部に到り、この弁部から噴孔２６ｃに到る。そして、第１オリフィスプレート７０の第１オリフィス７１、第２オリフィスプレート７４の第２オリフィス７５を経てスリーブ３５の貫通孔３５ｂから燃料が噴射される。
【００２８】
次に、燃料噴射弁１０の吐出部５０の構成について図１に基づいて説明する。磁性パイプ２３の大径部２３ａの内部には、中空円盤状のスペーサ２７を介してニードルボディ２６が挿入されレーザ溶接されている。スペーサ２７の厚さは、固定鉄心２１と可動鉄心２２との間のエアギャップを所定値に保持するように調節される。ニードルボディ２６の内壁には、ニードル２５のガイド部４１が摺動する円筒面２６ａと、ニードル２５の円錐状のシート部４２が着座する弁座２６ｂとが形成されている。さらに、ニードルボディ２６の底部中央には噴孔２６ｃが形成されている。
【００２９】
ニードル２５には、磁性パイプ２３の大径部２３ａの内壁に収容されるスペーサ２７の下端面から所定の隙間を介して対向するようにフランジ３６が形成されている。このフランジ３６は、ニードル２５の全長のうちニードル２５の先端に形成されるシート部４２側に形成され、フランジ３６の下方にはニードルボディ２６に形成される円筒面２６ａに摺動可能となるガイド部４１が形成されている。
【００３０】
なお、ニードル２５に形成される接合部４３およびガイド部４１の外周にはローレット溝が転造等によって形成されている。
さらに、ニードルボディ２６の外周壁の底部には有底筒状で合成樹脂製のスリーブ３５が嵌め込まれている。このスリーブ３５の中央には収容孔３５ａが形成され、この収容孔３５ａに続いて貫通孔３５ｂが形成されている。
【００３１】
ニードルボディ２６の噴孔２６ｃの前方側に第１のオリフィスプレート７０が載せられ、この第１のオリフィスプレート７０の下面に第２のオリフィスプレート７４が密着して重ね合わされ、これら第１のオリフィスプレート７０および第２のオリフィスプレート７４をニードルボディ２６の端面２６ｄに液密にレーザ溶接で固定し、さらに保護のためのスリーブ３５がニードルボディ２６に圧入固定されている。
【００３２】
第１のオリフィスプレート７０は金属からなり、図３に示すように、中央部にスリット状の孔としての第１のオリフィス７１が形成されている。この第１のオリフィス７１は本発明の第１のスリットに対応している。第１のオリフィスプレート７０を形成する金属は燃料に対する耐腐食性があれば金属の種類を限定するものではないが、成形のし易さや軽量化の点からＳＵＳ３０４が好適である。第１のオリフィス７１は、細長直線状の形状で、図１の下方（燃料流の下流）に行くに従い先細状に形成され、貫通孔とされている。第１のオリフィス７１は、対向する４つの壁面によって画成されており、第１のオリフィスプレート７０の上流側表面と壁面との交わる部分は、第１のオリフィスプレート７０の下流側表面と壁面との交わる部分より大きい長方形を呈している。
【００３３】
第２のオリフィスプレート７４もＳＵＳ３０４からなり、第１のオリフィスプレート７０と同様の形状に形成され、第１のオリフィス７１と直交するようにスリット状の孔としての第２のオリフィス７５が形成されている。この第２のオリフィス７５は本発明の第２のスリットに対応している。この第２のオリフィス７５は、第１のオリフィス７１と同様に下方に行くに従い先細状に形成されている。そして、ニードルボディ２６への取付状態では、第１のオリフィス７１と第２のオリフィス７５とが直交する方向に第１のオリフィスプレート７０と第２のオリフィスプレート７４とが重なり合っている。
【００３４】
図５に示すように、第１のオリフィス７１が区画形成される４つの壁面は、互いに対向する長斜面１００、１０１と、この斜面長さ方向に直交する方向に延びる互いに対向する短斜面１０２、１０３とからなる。第２のオリフィス７５が区画形成される４つの壁面も、第１のオリフィス７１と同様に、互いに対向する長斜面１１０、１１１と、この斜面長さ方向に直交する方向に延びる互いに対向する短斜面１１２、１１３とからなる。
【００３５】
ここで、第１のオリフィス７１の下流側開口表面と前記第２のオリフィス７５の上流側開口表面とが交差する面積Ｓ１、第２のオリフィス７５の下流側開口表面の面積Ｓ２とすると、開口面積比Ｓ１／Ｓ２の値を適宜設定することにより燃料の噴霧角θを制御することができる。例えば、▲１▼上流側の第１オリフィス７１の開口幅ｗ１を相対的に小さくし、下流側の第２のオリフィス７５の短斜面１１２、１１３まで噴流が到達しないように設定すれば、噴霧角θを大きくすることができる。▲２▼前記▲１▼の条件下で、下流側の第２のオリフィス７５の形状を固定し、第１のオリフィス７１の開口幅ｗ１を前記▲１▼よりも相対的に大きくし、下流側の第２のオリフィス７５の短斜面１１２、１１３まで噴流が到達するように設定すれば、噴霧角θを小さくすることができる。▲３▼前記▲２▼の条件下で、第２のオリフィス７５の形状を固定し、第１のオリフィス７１の開口幅ｗ１を前記▲２▼よりも相対的に大きくすれば、下流側の第２のオリフィス７５の短斜面１１２、１１３まで噴流が到達する流量が増大するため、短斜面１１２、１１３により流れ方向（指向性）が規制される流量割合が増えることから噴霧角θをさらに小さくすることができる。
【００３６】
図１において、ニードルボディ２６の弁座２６ｂからニードル２５がリフトすると、噴孔２６ｃより燃料が噴射される。そして、噴孔２６ｃより噴射された燃料は、第１のオリフィス７１と第２のオリフィス７５との交叉部分の貫通孔７６を通り抜け下方へ噴射供給される。このとき、第１のオリフィス７１を通り抜けようとする燃料は、一部の燃料が第２のオリフィスプレート７４の上面に当り、この上面と第１のオリフィス７１の壁面とで画成される溝を助走路として貫通孔７６の方向へ流れ、貫通孔７６上で両側の助走路からの流れが衝突して方向を変え、第２のオリフィス７５をその長手方向に向けて扇状に拡がりながら通り抜ける。ここで第１のオリフィス７１と第２のオリフィス７５との重なり合う貫通孔７６を吹き抜けた燃料は、第２のオリフィス７５を形成する４つの壁面のうちの長手方向に延びる２つの壁面によって燃料噴霧の拡がり方向が規制される。このように、第１のオリフィス７１を助走路として流れてきた燃料が互いに衝突し、第２のオリフィス７５により形成される噴霧案内路に沿って微粒化して拡がる。しかもこの実施例では溝状の助走路を第１のオリフィス７１と第２のオリフィスプレート７４の上面とによって形成しているため、２枚のプレートにスリット状のオリフィスを形成するだけの簡単な構成で優れた微粒化噴霧が得られる。
【００３７】
さらに詳述すると、第１のオリフィス７１を通過した燃料流の一部は、第１のオリフィスプレート７０の下流側表面側に沿って第２のオリフィス７５の短斜面１１２と１１３の両側に十分に矢印方向に広がり、短斜面１１２、１１３に到達する。この短斜面１１２、１１３によって燃料流の流れ方向が傾斜方向に案内されるため、先細状の第２のオリフィス７５を通過する燃料流の噴霧角は狭められる方向に制御される。その後、第２のオリフィス７５を通り抜けた燃料は、所望の噴霧角θにより液膜状となって噴出し、その後微粒化した噴霧になって噴出される。
【００３８】
この第１実施例によると、噴孔２６ｃから噴射された燃料は第１のオリフィス７１および第２のオリフィス７５を通り抜けて貫通孔３５ｂより噴射される。この噴射燃料は、先細状に絞られた第１のオリフィス７１を通過した後さらに先細状に絞られた第２のオリフィス７５を通過するため、微粒化されかつ一方向に噴霧角θの狭い良好な噴霧特性を有する噴霧形状となる。このため、図示しない吸気ポートより内燃機関の燃焼室に供給される燃料は燃焼しやすい噴霧形状となる。
【００３９】
次に実験データを図８に示す。
（実験の条件）
第１、第２のオリフィスプレートの厚さ：ｔ１、ｔ２、
第１、第２のオリフィスのスリット幅 ：ｗ１、ｗ２、
第１、第２のオリフィスのスリット長さ：Ｌ１、Ｌ２、
第２のオリフィスのスリット斜面角度α、とすると、
各値は、次の条件に設定した。
【００４０】
とした。
【００４１】
上記実験条件下において、プレート厚さｔ１、ｔ２を０．１５ｍｍ、または０．３６ｍｍに固定し、スリット幅ｗ１、ｗ２とスリット長さＬ１、Ｌ２を変化させ、種々の組み合わせについて実験し、噴霧角θを考察した。その結果、上流側開口面積Ｓ１と下流側開口面積Ｓ２との開口面積比Ｓ１／Ｓ２と噴霧角θとの関係については、一定の相関関係があることを見い出した。
【００４２】
（実験の結果）
実験の結果、上流側開口面積Ｓ１と下流側開口面積Ｓ２との開口面積比Ｓ１／Ｓ２と噴霧角θとの関係については、図８に示すグラフが得られた。
ここで、プレート厚さｔ１、ｔ２が噴霧角に与える影響については、開口面積比Ｓ１／Ｓ２の比の値に収束されることが判明し、プレート厚さｔ１、ｔ２の値については噴霧角θに影響を与えないことが判明した。
【００４３】
図８に示すグラフから理解されるように、第２のオリフィスを固定すれば、開口面積比Ｓ１／Ｓ２の比が大きくなるほど噴霧角θが小さくなることが判り、開口面積比Ｓ１／Ｓ２が小さくなるほど噴霧角θが大きくなることが判った。
上記実施例においては、第１のオリフィス７１、第２のオリフィス７５を下流側に行くほど先絞り状の形状にしたが、本発明の第２実施例としては、図９、１０に示すように、第１のオリフィスプレート７０に形成される第１のオリフィス７１０を上流側から下流側にほぼ同一開口面積のストレート状の細長状のスリットに形成しても良い。図９および図１０に示すように上流側の第１のオリフィスプレート７０に形成される第１のオリフィス７１０は、上流側の表面から下流側の表面までストレート状に上から見ると細長状に形成されている。この図９および図１０に示す形状の２個の第１、第２オリフィス７１０、７５についても、上記開口面積比Ｓ１／Ｓ２の値により燃料の噴霧角θを制御することができる。
【００４４】
第１のオリフィスプレート７０の機能についてはスリット状に噴孔２６ｃからの燃料を絞ることにより流速を増加する役割があり、第２のオリフィス７５については、互いに両サイドから向かい合う燃料の衝突ならびに第２のオリフィス７５から噴射される燃料の液膜形成を良好にし、さらにその燃料噴霧の微粒化を良好にする役割がある。
【００４５】
前記第１実施例によると、前述した図７に示すように、第１オリフィス７１から抜けた燃料が十分に第２のオリフィス７５の短斜面１１３、１１２に行き渡り、その後第２のオリフィス７５を抜け出る液膜状の燃料流を所望の噴霧角θに規制し、かつ第２のオリフィス７５から噴出した後の燃料の微粒化を良好にできる。
【００４６】
なお、前記本発明の実施例と比較する比較例について図１２〜図１５に基づいて説明する。
図１２〜図１５に示す比較例においては、まず図３と図１２を比較すると判るように、比較例の第１のオリフィス１７１のスリット幅ｗ１を図３に示す実施例のスリット幅ｗ１よりも狭くしている。このスリット幅の狭い第１のオリフィス１７１を抜け出た燃料は、図１４および図１５に示すように、第１のオリフィス１７１を抜け出た燃料が第２のオリフィス１７５の短斜面１１２、１１３に到達しないまま第２のオリフィス１７５を抜け出ていく。このとき、第２のオリフィス１７５の両端には空間部２００、２０１ができて、この空間部２００、２０１には燃料が十分に満たされないまま第２のオリフィス１７５の中央部分から外側に十分に広い噴霧角θをもって燃料が噴射される。これは、第１のオリフィス１７１を出た燃料の流れの一部が第２のオリフィス１７５の両端の短斜面１１２、１１３まで行き渡らないため、この第２のオリフィス１７５の短斜面１１２、１１３による燃料の流れ規制が作用しないことに起因している。このため、第２のオリフィス１７５を出た燃料は、一般には噴霧角θが広くなってしまうという欠点があり、このような例においては狭い噴霧角θを得ることができない。
【００４７】
次に、多気筒内燃機関のシングルポジションインジェクタ（ＳＰＩ）に上記燃料噴射弁を適用する場合について説明する。
例えば図１１（Ａ）に示すように、１本の吸気管２００から４個の枝管２０１、２０２、２０３、２０４を分岐し、この分岐前の吸気管２００に燃料噴射弁１０を取付ける場合、一般に燃料噴射弁１０の噴霧角θが相対的に広い角度が望まれる。
【００４８】
また図１１（Ｂ）に示すように、１本の吸気管２１０から２本の枝管２１１と２１２を分岐し、２本の枝管２１１と２１２からそれぞれさらに２つの枝管２１３、２１４ならびに２１５、２１６に分岐し、枝管２１３、２１４の分岐前ならびに枝管２１５、２１６の分岐前の枝管２１１、２１２にそれぞれ燃料噴射弁１０を取付ける場合も、同様に、一般に燃料噴射弁１０の噴霧角θは相対的に広い角度が望まれる。このようなシングルポジションインジェクタ（ＳＰＩ）については、噴霧角θを例えば７０°以下にするため開口面積比Ｓ１／Ｓ２≧１にする。
【００４９】
多気筒内燃機関のマルチポジションインジェクタ（ＭＰＩ）に上記燃料噴射弁を適用する場合については、例えば図１１（Ｃ）に示すように、各気筒に独立して枝管２２０、２２１、２２２、２２３が個々に設けられ、それぞれ独立して吸気弁の弁傘の裏面側に向けて各気筒毎に燃料噴射弁１０が設けられている。このような場合のマルチポイントインジェクタについては、相対的に狭い噴霧角θ例えば２０°以下が要求される。このようなマルチポジションインジェクタ（ＭＰＩ）については、噴霧角θを例えば２０°以下にするため開口面積比Ｓ１／Ｓ２≧２にする。
【００５０】
本発明において、開口面積比Ｓ１／Ｓ２を制御する手段は、前記実施例の場合、スリット幅ｗ１、ｗ２、スリット長さＬ１、Ｌ２のいずれでも選択的に制御することによって噴霧角θの制御を行うことができる。
第２のオリフィス７５の斜面角度αについては、前記実施例では５５°について行ったが、斜面角度αは、例えば３０から７０°の範囲でも良好な結果が得られるものと推測される。また第１、第２のオリフィスプレートの厚さｔ１、ｔ２については０．３６ｍｍに限らず、通常用いられる厚さの範囲で変更しても、噴霧角θの制御については開口比Ｓ１／Ｓ２が支配的となり、このため開口比Ｓ１／Ｓ２を適宜設定することにより所望の噴霧角θを所望の範囲に収束することができる。
【００５１】
なお、本発明において、第１のオリフィスプレートならびに第２のオリフィスプレートの材質については金属であってもシリコンであっても良く、これらの材料に限定されるものでない。また、第１のオリフィスプレートについては、溶接固定時の操作性を良好にするためにできるだけ薄い方が好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した第１実施例の燃料噴射弁の噴孔付近を示す断面図である。
【図２】本発明を適用した第１実施例の燃料噴射弁を示す断面図である。
【図３】第１実施例のオリフィスプレートの平面図である。
【図４】図３に示すＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】本発明の第１実施例による開口面積Ｓ１とＳ２の開口比Ｓ１／Ｓ２を説明するための模式図である。
【図６】本発明の第１実施例による噴射形状を示す模式図である。
【図７】本発明の実施例によるオリフィスプレートを通過する燃料の流れを示す模式的斜視図である。
【図８】開口面積比Ｓ１／Ｓ２と噴霧角の関係を示す実験データ図である。
【図９】本発明の第２実施例によるオリフィスプレートの平面図である。
【図１０】図９に示すＸ−Ｘ線断面図である。
【図１１】本発明の燃料噴射弁を適用する吸気管形状の例を示す模式的構成図である。
【図１２】比較例のオリフィスプレートの平面図である。
【図１３】図１２に示すＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線断面図である。
【図１４】比較例による噴射形状を示す模式図である。
【図１５】比較例によるオリフィスを通過する燃料の流れ形状を示す模式的斜視図である。
【符号の説明】
１０ 燃料噴射弁（流体噴射ノズル）
２６ｃ 噴孔
７０ 第１のオリフィスプレート（第１のプレート）
７１ 第１のオリフィス（第１のスリット）
７４ 第２のオリフィスプレート（第２のプレート）
７５ 第２のオリフィス（第２のスリット）
１００、１０１ 長斜面
１０２、１０３ 短斜面
１１０、１１１ 長斜面
１１２、１１３ 短斜面
【産業上の利用分野】
本発明は、流体噴射ノズル及びそれを用いた燃料噴射弁に関するもので、例えば自動車用の内燃機関へ燃料を噴射して供給する電磁式燃料噴射弁の噴射ノズルおよびそれを使用した燃料噴射弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、内燃機関に用いられる燃料噴射弁は、弁本体の軸方向に形成される案内孔に弁部材を摺動可能に収納し、弁本体の先端部に開口する噴孔を弁部材の上下動により開閉する。このため、弁部材は、適正な燃料噴射量を確保するように開弁時のリフト量が精密に制御されている。
【０００３】
従来技術として、特開昭６１−１０４１５６号公報に開示される燃料噴射弁は、噴孔の前方に多数のスリット状オリフィスを備え、このスリット状オリフィスに噴孔からの燃料を通すことで、燃料を広角度に広がった微粒化された噴霧にしている。
また、特開平２−７５７５７号公報は、噴孔の前方側に複数のシリコンプレートを備えたものを開示している。シリコンプレートを用いることにより精密な燃料通路穴パターンを形成することで燃料流を制御している。
【０００４】
さらに、米国特許第４６４７０１３号公報は、噴孔の前方側に燃料流を制御するオリフィスを有するシリコン平板を備える燃料噴射弁を開示している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の特開昭６１−１０４１５６号公報に開示されるように、燃料噴霧の微粒化を促進するために従来から種々の噴孔形状が試みられている。ところが、従来技術に開示されるような噴孔形状では十分な微粒化が困難であった。
本発明者は、第１のスリットを有する第１のプレートと第２のスリットを有する第２のプレートと重ね合わせ、互いに交差する第１のスリットと第２のスリットにより形成される貫通孔から噴出される燃料噴霧形状について実験した結果、本発明を完成するに至った。
【０００６】
本発明の流体噴射ノズルに関連する公知ではない図１２〜図１５に示す比較例においては、後述する図３〜図７に示す本発明の実施例と対比すると判るように、第１のオリフィス１７１のスリット幅を本発明の実施例よりも狭くしている。このスリット幅の狭い第１のオリフィス１７１を通過した燃料は、図１４および図１５に示すように、第２のオリフィス１７５の一部を画成する短斜面１１２、１１３に十分に到達しない状態で第２のオリフィス１７５を通過する。この現象を別の観点から説明すると、燃料噴射時、燃料噴射弁１０の噴孔２６ｃの出口部を燃料が流れるが、このとき、第２のオリフィス１７５の両端側の短斜面１１２、１１３の近傍には空間部２００、２０１ができて、この空間部２００、２０１には燃料流が十分に満たされないまま、第２のオリフィス１７５の長さ方向と貫通孔方向を含む平面に沿って第２のオリフィス１７５の長さ方向中央部出口から十分に広い噴霧角θをもって燃料が噴射される。このような現象は実験において発明者の目視により確認されている。
【０００７】
本発明者は、第２のオリフィス１７５の両端側の短斜面１１２、１１３の近傍の空間部２００、２０１が生成されることが燃料噴射特性にどのような影響を与えるかについて種々考察した結果、更に実験を進める過程において、本発明を完成した。
すなわち、第１のオリフィス１７１の出口側開口面積Ｓ１をある程度大きい値にし、図７に示すように、第２のオリフィス１７５の短斜面１１２、１１３に燃料流の一部を到達させることで、この第２のオリフィス１７５の短斜面１１２、１１３の傾斜による燃料流の案内作用が働き、燃料噴射流の指向性を出すことができ、燃料噴霧角の規制が行われて良好な所望の狭い噴霧角が得られることを見出した。
【０００８】
本発明の目的は、流体を微粒化して噴霧することができる流体噴射ノズル及びそれを使用した燃料噴射弁を提供することにある。
本発明の別の目的は、流体の噴霧角を任意の噴霧角に制御可能な流体噴射ノズルを提供することにある。
本発明のまた別の目的は、燃料噴射弁の噴孔の出口部に取付が容易な調量機能を有する流体噴射ノズルを提供することにある。
【０００９】
本発明のさらに別の目的は、流体噴射ノズルを構成する複数部品を位置決めし組付するのが容易な流体噴射ノズルを使用した燃料噴射弁を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明による請求項１記載の流体噴射ノズルは、噴射弁本体の噴孔の出口部に固定される流体噴射ノズルであって、第１のスリットを有する第１のプレートと、第２のスリットを有する第２のプレートとを備え、
前記第１のスリットと前記第２のスリットとが交差してプレート厚さ方向に貫通孔を形成するように前記第１のプレートと前記第２のプレートとを重ね合わせ、
噴射弁１個につき複数の気筒に流体を噴射する場合、前記第１のスリットの下流側開口表面と前記第２のスリットの上流側開口表面とが交差する面積Ｓ１、前記第２のスリットの下流側開口表面の面積Ｓ２とすると、開口面積比Ｓ１／Ｓ２≧１に設定され、噴霧角θがθ≦７０°であることを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の流体噴射ノズルは、噴射弁本体の噴孔の出口部に固定される流体噴射ノズルであって、
第１のスリットを有する第１のプレートと、
第２のスリットを有する第２のプレートとを備え、
前記第１のスリットと前記第２のスリットとが交差してプレート厚さ方向に貫通孔を形成するように前記第１のプレートと前記第２のプレートとを重ね合わせ、
噴射弁１個につき単一の気筒に流体を噴射する場合、前記第１のスリットの下流側開口表面と前記第２のスリットの上流側開口表面とが交差する面積Ｓ１、前記第２のスリットの下流側開口表面の面積Ｓ２とすると、開口面積比Ｓ１／Ｓ２≧２に設定され、噴霧角θがθ≦２０°であることを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の流体噴射ノズルは、請求項１または２記載の流体噴射ノズルにおいて、前記第２のスリットは、入口から出口に向けて先細状に形成されることを特徴とする。
請求項４記載の流体噴射ノズルは、請求項３記載の流体噴射ノズルにおいて、前記第２のスリットは、互いに対向する一対の長斜面と互いに対向する一対の短斜面との４壁面により区画形成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の流体噴射ノズルは、請求項１または２記載の流体噴射ノズルにおいて、前記第１のスリットは、入口から出口に向けて先細状に形成されることを特徴とする。
請求項６記載の流体噴射ノズルは、請求項５記載の流体噴射ノズルにおいて、前記第１のスリットは、互いに対向する一対の長斜面と互いに対向する一対の短斜面の４壁面により区画形成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項７記載の流体噴射ノズルは、請求項１または２記載の流体噴射ノズルにおいて、前記第１のスリットは、入口から出口に向けて直状に形成されることを特徴とする。
請求項８記載の流体噴射ノズルは、請求項７記載の流体噴射ノズルにおいて、前記第１のスリットは、前記第１のプレートの入口側表面と出口側表面に垂直な一対の長壁面と一対の短壁面との４壁面により区画形成されていることを特徴とする。
【００１５】
【作用および発明の効果】
本発明によると、上流側の第１のスリットと下流側の第２のスリットとが一部分で連通し、上流側のスリットは連通部を除いて溝状を呈している。このため、流体は上流側のスリットに沿って連通部に向かって進行する流れを生じ、この流れは下流側のスリットに流入する際に流れの方向を変え、噴霧角が所望の噴霧角になるように扇状に噴出されるとともに噴射される流体の微粒化を促進する。
【００１６】
また、本発明によると、第１のスリットと第２のスリットを流体が通過する過程において、第１のスリットを出た流体の流れの一部が第２のスリットの両端の短斜面まで行き渡り、この第２のスリットの短斜面に沿って流れる流体の流れは、この第２のスリットの短斜面の傾斜角に対応する方向に規制される。このため、第１のスリットを出た流体の流れは第２のスリットの短斜面でその後の流れの噴霧角が狭められる方向に指向されるため、第２のスリットから噴出される流体の噴霧角の広がりが規制される。
【００１７】
さらに本発明によると、２枚のプレートにそれぞれスリットを設け、それぞれのスリットを交差させて、スリットの開口面積比Ｓ１／Ｓ２の値を適宜設定することにより、両スリットを通過する流体流れを所望の噴霧角に制御することができる。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
本発明をガソリン機関の燃料供給装置の燃料噴射弁に適用した一実施例を図１〜図８に示す。
【００１９】
図２に示すように、流体噴射ノズルとしての燃料噴射弁１０の樹脂製のハウジング１１の内部に、固定鉄心２１とスプール９１と電磁コイル３２とコイルモールド３１と磁路としての金属プレート９３、９４とが一体成形されている。
固定鉄心２１は強磁性材料からなり、コイルモールド３１の上方から突出するようにハウジング１１内に設けられている。固定鉄心２１の内壁には案内管２９が固定されている。
【００２０】
樹脂製のスプール９１の外周に電磁コイル３２が巻かれ、その後にスプール９１と電磁コイル３２との外周にコイルモールド３１が樹脂成形され、コイルモールド３１により電磁コイル３２が包囲されている。コイルモールド３１は、電磁コイル３２を保護する円筒状の筒状部３１ａと、電磁コイル３２から電気的に導出されるリード線を保護するとともに、後述するターミナル３４を保持するために筒状部３１ａから上方に突き出す突出部３１ｂとからなる。そして、コイルモールド３１により一体化された状態で固定鉄心２１の外周にスプール９１と電磁コイル３２とが装着される。
【００２１】
２枚の金属プレート９３と９４は上方の一端が固定鉄心２１の外周に接し、下方の他端が磁性パイプ２３の外周に接するように設けられ、電磁コイル３２への通電時の磁束を通す磁路を形成する部材であり、両側から筒状部３１ａを挟持するように筒状部３１ａの外周に被覆されている。この２枚の金属プレート９３と９４により電磁コイル３２が保護されている。
【００２２】
ハウジング１１の上方にはハウジング１１の外壁から突出するようにコネクタ部１１ａが設けられている。そして、電磁コイル３２に電気的に接続されるターミナル３４が、コネクタ部１１ａおよびコイルモールド３１に埋設される。また、ターミナル３４は図示しない電子制御装置にワイヤーハーネスを介して接続されている。
【００２３】
圧縮コイルスプリング２８の一端は、可動鉄心２２に溶接固定されるニードル２５の上端面に当接し、圧縮コイルスプリング２８の他端は、案内管２９の底部に当接している。圧縮コイルスプリング２８は、可動鉄心２２とニードル２５とを図２の下方へ付勢し、ニードル２５のシート部４２をニードルボディ２６の弁座２６ｂに着座させる。図示しない電子制御装置によってターミナル３４からリード線を介して電磁コイル３２に励磁電流が流れると、ニードル２５および可動鉄心２２が圧縮コイルスプリング２８の付勢力に抗して固定鉄心２１の方向へ吸引される。
【００２４】
非磁性パイプ２４は、固定鉄心２１の下部に接続され、大径部２４ａおよび小径部２４ｂからなる段付きパイプ状に形成されている。そして、固定鉄心２１の下部に、固定鉄心２１の下端から一部突出するように大径部２４ａが接続されている。さらに、非磁性パイプ２４の小径部２４ｂの下端には、磁性材料からなり段付きパイプ状に形成された磁性パイプ２３の小径部２３ｂが接続されている。なお、非磁性パイプ２４の小径部２４ｂの内径は磁性パイプ２３の小径部２３ｂの内径よりも僅かに小さく設定され、可動鉄心２２の案内部をなしている。
【００２５】
次に、非磁性パイプ２４および磁性パイプ２３の内部空間には、磁性材料からなり筒状に形成される可動鉄心２２が設けられている。この可動鉄心２２の外径は非磁性パイプ２４の小径部２４ｂの内径より僅かに小さく設定され、可動鉄心２２は非磁性パイプ２４に摺動可能に支持されている。また、可動鉄心２２の上端面は、固定鉄心２１の下端面と所定の隙間を介して対向するように設けられている。
【００２６】
ニードル２５の上部には鍔状の接合部４３が形成されている。そして、接合部４３と可動鉄心２２とがレーザ溶接され、ニードル２５と可動鉄心２２とが一体に連結される。さらに、この接合部４３の下方近傍にフランジ４４が形成されている。接合部４３の外周には燃料通路としての溝が複数形成されている。
固定鉄心２１の上方には、燃料タンクから燃料ポンプ等によって圧送され、燃料噴射弁１０内に流入する燃料中のゴミ等の異物を除去するフィルタ３３が設けられている。
【００２７】
固定鉄心２１内にフィルタ３３を通して流入した燃料は、案内管２９からニードル２５の接合部４３に形成されたローレット溝との隙間、さらには、ニードルボディ２６の円筒面２６ａとニードル２５のガイド部４１に形成されたローレット溝との隙間を通過し、ニードル２５先端のシート部４２と弁座２６ｂとよりなる弁部に到り、この弁部から噴孔２６ｃに到る。そして、第１オリフィスプレート７０の第１オリフィス７１、第２オリフィスプレート７４の第２オリフィス７５を経てスリーブ３５の貫通孔３５ｂから燃料が噴射される。
【００２８】
次に、燃料噴射弁１０の吐出部５０の構成について図１に基づいて説明する。磁性パイプ２３の大径部２３ａの内部には、中空円盤状のスペーサ２７を介してニードルボディ２６が挿入されレーザ溶接されている。スペーサ２７の厚さは、固定鉄心２１と可動鉄心２２との間のエアギャップを所定値に保持するように調節される。ニードルボディ２６の内壁には、ニードル２５のガイド部４１が摺動する円筒面２６ａと、ニードル２５の円錐状のシート部４２が着座する弁座２６ｂとが形成されている。さらに、ニードルボディ２６の底部中央には噴孔２６ｃが形成されている。
【００２９】
ニードル２５には、磁性パイプ２３の大径部２３ａの内壁に収容されるスペーサ２７の下端面から所定の隙間を介して対向するようにフランジ３６が形成されている。このフランジ３６は、ニードル２５の全長のうちニードル２５の先端に形成されるシート部４２側に形成され、フランジ３６の下方にはニードルボディ２６に形成される円筒面２６ａに摺動可能となるガイド部４１が形成されている。
【００３０】
なお、ニードル２５に形成される接合部４３およびガイド部４１の外周にはローレット溝が転造等によって形成されている。
さらに、ニードルボディ２６の外周壁の底部には有底筒状で合成樹脂製のスリーブ３５が嵌め込まれている。このスリーブ３５の中央には収容孔３５ａが形成され、この収容孔３５ａに続いて貫通孔３５ｂが形成されている。
【００３１】
ニードルボディ２６の噴孔２６ｃの前方側に第１のオリフィスプレート７０が載せられ、この第１のオリフィスプレート７０の下面に第２のオリフィスプレート７４が密着して重ね合わされ、これら第１のオリフィスプレート７０および第２のオリフィスプレート７４をニードルボディ２６の端面２６ｄに液密にレーザ溶接で固定し、さらに保護のためのスリーブ３５がニードルボディ２６に圧入固定されている。
【００３２】
第１のオリフィスプレート７０は金属からなり、図３に示すように、中央部にスリット状の孔としての第１のオリフィス７１が形成されている。この第１のオリフィス７１は本発明の第１のスリットに対応している。第１のオリフィスプレート７０を形成する金属は燃料に対する耐腐食性があれば金属の種類を限定するものではないが、成形のし易さや軽量化の点からＳＵＳ３０４が好適である。第１のオリフィス７１は、細長直線状の形状で、図１の下方（燃料流の下流）に行くに従い先細状に形成され、貫通孔とされている。第１のオリフィス７１は、対向する４つの壁面によって画成されており、第１のオリフィスプレート７０の上流側表面と壁面との交わる部分は、第１のオリフィスプレート７０の下流側表面と壁面との交わる部分より大きい長方形を呈している。
【００３３】
第２のオリフィスプレート７４もＳＵＳ３０４からなり、第１のオリフィスプレート７０と同様の形状に形成され、第１のオリフィス７１と直交するようにスリット状の孔としての第２のオリフィス７５が形成されている。この第２のオリフィス７５は本発明の第２のスリットに対応している。この第２のオリフィス７５は、第１のオリフィス７１と同様に下方に行くに従い先細状に形成されている。そして、ニードルボディ２６への取付状態では、第１のオリフィス７１と第２のオリフィス７５とが直交する方向に第１のオリフィスプレート７０と第２のオリフィスプレート７４とが重なり合っている。
【００３４】
図５に示すように、第１のオリフィス７１が区画形成される４つの壁面は、互いに対向する長斜面１００、１０１と、この斜面長さ方向に直交する方向に延びる互いに対向する短斜面１０２、１０３とからなる。第２のオリフィス７５が区画形成される４つの壁面も、第１のオリフィス７１と同様に、互いに対向する長斜面１１０、１１１と、この斜面長さ方向に直交する方向に延びる互いに対向する短斜面１１２、１１３とからなる。
【００３５】
ここで、第１のオリフィス７１の下流側開口表面と前記第２のオリフィス７５の上流側開口表面とが交差する面積Ｓ１、第２のオリフィス７５の下流側開口表面の面積Ｓ２とすると、開口面積比Ｓ１／Ｓ２の値を適宜設定することにより燃料の噴霧角θを制御することができる。例えば、▲１▼上流側の第１オリフィス７１の開口幅ｗ１を相対的に小さくし、下流側の第２のオリフィス７５の短斜面１１２、１１３まで噴流が到達しないように設定すれば、噴霧角θを大きくすることができる。▲２▼前記▲１▼の条件下で、下流側の第２のオリフィス７５の形状を固定し、第１のオリフィス７１の開口幅ｗ１を前記▲１▼よりも相対的に大きくし、下流側の第２のオリフィス７５の短斜面１１２、１１３まで噴流が到達するように設定すれば、噴霧角θを小さくすることができる。▲３▼前記▲２▼の条件下で、第２のオリフィス７５の形状を固定し、第１のオリフィス７１の開口幅ｗ１を前記▲２▼よりも相対的に大きくすれば、下流側の第２のオリフィス７５の短斜面１１２、１１３まで噴流が到達する流量が増大するため、短斜面１１２、１１３により流れ方向（指向性）が規制される流量割合が増えることから噴霧角θをさらに小さくすることができる。
【００３６】
図１において、ニードルボディ２６の弁座２６ｂからニードル２５がリフトすると、噴孔２６ｃより燃料が噴射される。そして、噴孔２６ｃより噴射された燃料は、第１のオリフィス７１と第２のオリフィス７５との交叉部分の貫通孔７６を通り抜け下方へ噴射供給される。このとき、第１のオリフィス７１を通り抜けようとする燃料は、一部の燃料が第２のオリフィスプレート７４の上面に当り、この上面と第１のオリフィス７１の壁面とで画成される溝を助走路として貫通孔７６の方向へ流れ、貫通孔７６上で両側の助走路からの流れが衝突して方向を変え、第２のオリフィス７５をその長手方向に向けて扇状に拡がりながら通り抜ける。ここで第１のオリフィス７１と第２のオリフィス７５との重なり合う貫通孔７６を吹き抜けた燃料は、第２のオリフィス７５を形成する４つの壁面のうちの長手方向に延びる２つの壁面によって燃料噴霧の拡がり方向が規制される。このように、第１のオリフィス７１を助走路として流れてきた燃料が互いに衝突し、第２のオリフィス７５により形成される噴霧案内路に沿って微粒化して拡がる。しかもこの実施例では溝状の助走路を第１のオリフィス７１と第２のオリフィスプレート７４の上面とによって形成しているため、２枚のプレートにスリット状のオリフィスを形成するだけの簡単な構成で優れた微粒化噴霧が得られる。
【００３７】
さらに詳述すると、第１のオリフィス７１を通過した燃料流の一部は、第１のオリフィスプレート７０の下流側表面側に沿って第２のオリフィス７５の短斜面１１２と１１３の両側に十分に矢印方向に広がり、短斜面１１２、１１３に到達する。この短斜面１１２、１１３によって燃料流の流れ方向が傾斜方向に案内されるため、先細状の第２のオリフィス７５を通過する燃料流の噴霧角は狭められる方向に制御される。その後、第２のオリフィス７５を通り抜けた燃料は、所望の噴霧角θにより液膜状となって噴出し、その後微粒化した噴霧になって噴出される。
【００３８】
この第１実施例によると、噴孔２６ｃから噴射された燃料は第１のオリフィス７１および第２のオリフィス７５を通り抜けて貫通孔３５ｂより噴射される。この噴射燃料は、先細状に絞られた第１のオリフィス７１を通過した後さらに先細状に絞られた第２のオリフィス７５を通過するため、微粒化されかつ一方向に噴霧角θの狭い良好な噴霧特性を有する噴霧形状となる。このため、図示しない吸気ポートより内燃機関の燃焼室に供給される燃料は燃焼しやすい噴霧形状となる。
【００３９】
次に実験データを図８に示す。
（実験の条件）
第１、第２のオリフィスプレートの厚さ：ｔ１、ｔ２、
第１、第２のオリフィスのスリット幅 ：ｗ１、ｗ２、
第１、第２のオリフィスのスリット長さ：Ｌ１、Ｌ２、
第２のオリフィスのスリット斜面角度α、とすると、
各値は、次の条件に設定した。
【００４０】
【００４１】
上記実験条件下において、プレート厚さｔ１、ｔ２を０．１５ｍｍ、または０．３６ｍｍに固定し、スリット幅ｗ１、ｗ２とスリット長さＬ１、Ｌ２を変化させ、種々の組み合わせについて実験し、噴霧角θを考察した。その結果、上流側開口面積Ｓ１と下流側開口面積Ｓ２との開口面積比Ｓ１／Ｓ２と噴霧角θとの関係については、一定の相関関係があることを見い出した。
【００４２】
（実験の結果）
実験の結果、上流側開口面積Ｓ１と下流側開口面積Ｓ２との開口面積比Ｓ１／Ｓ２と噴霧角θとの関係については、図８に示すグラフが得られた。
ここで、プレート厚さｔ１、ｔ２が噴霧角に与える影響については、開口面積比Ｓ１／Ｓ２の比の値に収束されることが判明し、プレート厚さｔ１、ｔ２の値については噴霧角θに影響を与えないことが判明した。
【００４３】
図８に示すグラフから理解されるように、第２のオリフィスを固定すれば、開口面積比Ｓ１／Ｓ２の比が大きくなるほど噴霧角θが小さくなることが判り、開口面積比Ｓ１／Ｓ２が小さくなるほど噴霧角θが大きくなることが判った。
上記実施例においては、第１のオリフィス７１、第２のオリフィス７５を下流側に行くほど先絞り状の形状にしたが、本発明の第２実施例としては、図９、１０に示すように、第１のオリフィスプレート７０に形成される第１のオリフィス７１０を上流側から下流側にほぼ同一開口面積のストレート状の細長状のスリットに形成しても良い。図９および図１０に示すように上流側の第１のオリフィスプレート７０に形成される第１のオリフィス７１０は、上流側の表面から下流側の表面までストレート状に上から見ると細長状に形成されている。この図９および図１０に示す形状の２個の第１、第２オリフィス７１０、７５についても、上記開口面積比Ｓ１／Ｓ２の値により燃料の噴霧角θを制御することができる。
【００４４】
第１のオリフィスプレート７０の機能についてはスリット状に噴孔２６ｃからの燃料を絞ることにより流速を増加する役割があり、第２のオリフィス７５については、互いに両サイドから向かい合う燃料の衝突ならびに第２のオリフィス７５から噴射される燃料の液膜形成を良好にし、さらにその燃料噴霧の微粒化を良好にする役割がある。
【００４５】
前記第１実施例によると、前述した図７に示すように、第１オリフィス７１から抜けた燃料が十分に第２のオリフィス７５の短斜面１１３、１１２に行き渡り、その後第２のオリフィス７５を抜け出る液膜状の燃料流を所望の噴霧角θに規制し、かつ第２のオリフィス７５から噴出した後の燃料の微粒化を良好にできる。
【００４６】
なお、前記本発明の実施例と比較する比較例について図１２〜図１５に基づいて説明する。
図１２〜図１５に示す比較例においては、まず図３と図１２を比較すると判るように、比較例の第１のオリフィス１７１のスリット幅ｗ１を図３に示す実施例のスリット幅ｗ１よりも狭くしている。このスリット幅の狭い第１のオリフィス１７１を抜け出た燃料は、図１４および図１５に示すように、第１のオリフィス１７１を抜け出た燃料が第２のオリフィス１７５の短斜面１１２、１１３に到達しないまま第２のオリフィス１７５を抜け出ていく。このとき、第２のオリフィス１７５の両端には空間部２００、２０１ができて、この空間部２００、２０１には燃料が十分に満たされないまま第２のオリフィス１７５の中央部分から外側に十分に広い噴霧角θをもって燃料が噴射される。これは、第１のオリフィス１７１を出た燃料の流れの一部が第２のオリフィス１７５の両端の短斜面１１２、１１３まで行き渡らないため、この第２のオリフィス１７５の短斜面１１２、１１３による燃料の流れ規制が作用しないことに起因している。このため、第２のオリフィス１７５を出た燃料は、一般には噴霧角θが広くなってしまうという欠点があり、このような例においては狭い噴霧角θを得ることができない。
【００４７】
次に、多気筒内燃機関のシングルポジションインジェクタ（ＳＰＩ）に上記燃料噴射弁を適用する場合について説明する。
例えば図１１（Ａ）に示すように、１本の吸気管２００から４個の枝管２０１、２０２、２０３、２０４を分岐し、この分岐前の吸気管２００に燃料噴射弁１０を取付ける場合、一般に燃料噴射弁１０の噴霧角θが相対的に広い角度が望まれる。
【００４８】
また図１１（Ｂ）に示すように、１本の吸気管２１０から２本の枝管２１１と２１２を分岐し、２本の枝管２１１と２１２からそれぞれさらに２つの枝管２１３、２１４ならびに２１５、２１６に分岐し、枝管２１３、２１４の分岐前ならびに枝管２１５、２１６の分岐前の枝管２１１、２１２にそれぞれ燃料噴射弁１０を取付ける場合も、同様に、一般に燃料噴射弁１０の噴霧角θは相対的に広い角度が望まれる。このようなシングルポジションインジェクタ（ＳＰＩ）については、噴霧角θを例えば７０°以下にするため開口面積比Ｓ１／Ｓ２≧１にする。
【００４９】
多気筒内燃機関のマルチポジションインジェクタ（ＭＰＩ）に上記燃料噴射弁を適用する場合については、例えば図１１（Ｃ）に示すように、各気筒に独立して枝管２２０、２２１、２２２、２２３が個々に設けられ、それぞれ独立して吸気弁の弁傘の裏面側に向けて各気筒毎に燃料噴射弁１０が設けられている。このような場合のマルチポイントインジェクタについては、相対的に狭い噴霧角θ例えば２０°以下が要求される。このようなマルチポジションインジェクタ（ＭＰＩ）については、噴霧角θを例えば２０°以下にするため開口面積比Ｓ１／Ｓ２≧２にする。
【００５０】
本発明において、開口面積比Ｓ１／Ｓ２を制御する手段は、前記実施例の場合、スリット幅ｗ１、ｗ２、スリット長さＬ１、Ｌ２のいずれでも選択的に制御することによって噴霧角θの制御を行うことができる。
第２のオリフィス７５の斜面角度αについては、前記実施例では５５°について行ったが、斜面角度αは、例えば３０から７０°の範囲でも良好な結果が得られるものと推測される。また第１、第２のオリフィスプレートの厚さｔ１、ｔ２については０．３６ｍｍに限らず、通常用いられる厚さの範囲で変更しても、噴霧角θの制御については開口比Ｓ１／Ｓ２が支配的となり、このため開口比Ｓ１／Ｓ２を適宜設定することにより所望の噴霧角θを所望の範囲に収束することができる。
【００５１】
なお、本発明において、第１のオリフィスプレートならびに第２のオリフィスプレートの材質については金属であってもシリコンであっても良く、これらの材料に限定されるものでない。また、第１のオリフィスプレートについては、溶接固定時の操作性を良好にするためにできるだけ薄い方が好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した第１実施例の燃料噴射弁の噴孔付近を示す断面図である。
【図２】本発明を適用した第１実施例の燃料噴射弁を示す断面図である。
【図３】第１実施例のオリフィスプレートの平面図である。
【図４】図３に示すＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】本発明の第１実施例による開口面積Ｓ１とＳ２の開口比Ｓ１／Ｓ２を説明するための模式図である。
【図６】本発明の第１実施例による噴射形状を示す模式図である。
【図７】本発明の実施例によるオリフィスプレートを通過する燃料の流れを示す模式的斜視図である。
【図８】開口面積比Ｓ１／Ｓ２と噴霧角の関係を示す実験データ図である。
【図９】本発明の第２実施例によるオリフィスプレートの平面図である。
【図１０】図９に示すＸ−Ｘ線断面図である。
【図１１】本発明の燃料噴射弁を適用する吸気管形状の例を示す模式的構成図である。
【図１２】比較例のオリフィスプレートの平面図である。
【図１３】図１２に示すＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ線断面図である。
【図１４】比較例による噴射形状を示す模式図である。
【図１５】比較例によるオリフィスを通過する燃料の流れ形状を示す模式的斜視図である。
【符号の説明】
１０ 燃料噴射弁（流体噴射ノズル）
２６ｃ 噴孔
７０ 第１のオリフィスプレート（第１のプレート）
７１ 第１のオリフィス（第１のスリット）
７４ 第２のオリフィスプレート（第２のプレート）
７５ 第２のオリフィス（第２のスリット）
１００、１０１ 長斜面
１０２、１０３ 短斜面
１１０、１１１ 長斜面
１１２、１１３ 短斜面
Claims (8)
- 噴射弁本体の噴孔の出口部に固定される流体噴射ノズルであって、
第１のスリットを有する第１のプレートと、
第２のスリットを有する第２のプレートとを備え、
前記第１のスリットと前記第２のスリットとが交差してプレート厚さ方向に貫通孔を形成するように前記第１のプレートと前記第２のプレートとを重ね合わせ、
噴射弁１個につき複数の気筒に流体を噴射する場合、前記第１のスリットの下流側開口表面と前記第２のスリットの上流側開口表面とが交差する面積Ｓ１、前記第２のスリットの下流側開口表面の面積Ｓ２とすると、開口面積比Ｓ１／Ｓ２≧１に設定され、噴霧角θがθ≦７０°であることを特徴とする流体噴射ノズル。 - 噴射弁本体の噴孔の出口部に固定される流体噴射ノズルであって、
第１のスリットを有する第１のプレートと、
第２のスリットを有する第２のプレートとを備え、
前記第１のスリットと前記第２のスリットとが交差してプレート厚さ方向に貫通孔を形成するように前記第１のプレートと前記第２のプレートとを重ね合わせ、
噴射弁１個につき単一の気筒に流体を噴射する場合、前記第１のスリットの下流側開口表面と前記第２のスリットの上流側開口表面とが交差する面積Ｓ１、前記第２のスリットの下流側開口表面の面積Ｓ２とすると、開口面積比Ｓ１／Ｓ２≧２に設定され、噴霧角θがθ≦２０°であることを特徴とする流体噴射ノズル。 - 前記第２のスリットは、入口から出口に向けて先細状に形成される請求項１または２記載の流体噴射ノズル。
- 前記第２のスリットは、互いに対向する一対の長斜面と互いに対向する一対の短斜面との４壁面により区画形成されている請求項３記載の流体噴射ノズル。
- 前記第１のスリットは、入口から出口に向けて先細状に形成される請求項１または２記載の流体噴射ノズル。
- 前記第１のスリットは、互いに対向する一対の長斜面と互いに対向する一対の短斜面の４壁面により区画形成されている請求項５記載の流体噴射ノズル。
- 前記第１のスリットは、入口から出口に向けて直状に形成される請求項１または２記載の流体噴射ノズル。
- 前記第１のスリットは、前記第１のプレートの入口側表面と出口側表面に垂直な一対の長壁面と一対の短壁面との４壁面により区画形成されている請求項７記載の流体噴射ノズル。
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